波前編碼系統(tǒng)成像特性研究及其應用.pdf

1、波前編碼技術是一種光學與數字圖像處理混合成像技術，在一定程度上能夠實現普通光學系統(tǒng)無法達到的性能需求，已在光學成像領域中得到了廣泛的應用，尤其是在擴展非相干成像光學系統(tǒng)景深方面獲得了顯著的效果。然而，由于波前編碼系統(tǒng)成像過程較普通光學系統(tǒng)有所差別，成像特性的很多方面仍不被人們所熟知。本文開展了波前編碼技術成像特性的理論研究，并將該技術應用于紅外光學系統(tǒng)的無熱化設計，以期能為波前編碼技術的發(fā)展和應用做出一定的貢獻。本文的主要研究如下：

2、r>　　針對奇對稱相位掩模板波前編碼系統(tǒng)的點擴散函數（PSF）在像面上隨離焦像差的偏移特性，研究了波前編碼系統(tǒng)斯特列爾（Strehl）比的非軸向特性，研究了非軸向斯特列爾比與相位板參數的關系。根據非軸向斯特列爾比幅值與波前編碼系統(tǒng)成像特性的關系，提出了基于非軸向斯特列爾比相位板參數的優(yōu)化方法。通過快速傅里葉變換的方法研究了指數、對數和正弦形式的相位掩模板的PSF偏移量和非軸向斯特列爾比的特性，證明了非軸向斯特列爾比的廣義性和相位板參數優(yōu)

3、化方法的正確性。
　　研究了波前編碼系統(tǒng)對初級像差的敏感性。針對于除離焦像差外的含有其它像差的波前編碼系統(tǒng)的PSF和OTF難于解析的特點，本文基于光線像差和點列圖的評價方法，研究了波前編碼系統(tǒng)對初級球差、初級像散和初級彗差的敏感性。根據波像差與光線像差的關系，給出了含像差的波前編碼系統(tǒng)光線像差表達式，計算了光線像差的上下邊界和點列圖尺寸。根據光線像差及點列圖的結果分析了波前編碼系統(tǒng)對像差的敏感性。在相同邊界條件下，分別通過數值仿真

4、和光學設計軟件從空域和空間頻域驗證了分析結果的正確性。
　　研究了波前編碼系統(tǒng)編碼圖像復原過程噪聲放大率、信噪比（SNR）的變化特性和退化函數模型。以線性濾波器作為波前編碼系統(tǒng)圖像復原濾波器，計算了圖像復原過程噪聲的放大率，給出了編碼圖像SNR與復原圖像SNR之間的關系。由SNR變化的結果，提出了基于SNR為約束條件的相位掩模板參數優(yōu)化方法。在退化函數模型方面，提出了使用權值PSF作為波前編碼系統(tǒng)復原過程退化函數模型，將使用權值P